تعیین افزایش دز ناشی‌ از نانوذرات اکسیدروی آلاییده‌ شده با گادولینیوم با فوتون‌های MV 6 توسط دزیمتر PRESAGE و شبیه‌سازی مونت‌کارلو

نویسنده

مهندسی پرتوپزشکی، گروه مهندسی هسته‌ای، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران-مرکزی، تهران

چکیده

هدف از این مطالعه بررسی تأثیر نانوذرات اکسیدروی آلاییده شده با گادولینیوم بر فاکتور افزایش دز، توسط دزیمتر PRESAGE و شبیه‌سازی مونت‌کارلو می‌باشد. در ابتدا، دزیمتر PRESAGE ساخته شده و در مقابل یک اتاقک یونش کالیبره شد. سپس غلظت‌های مختلف از نانوذرات اکسیدروی آلاییده شده با گادولینیوم به ترکیب PRESAGE اضافه شد و در میدان‌های تابشی کوچک توسط فوتون‌های MV 6 تابش‌دهی شدند. دزیمترهای ساخته شده توسط اسپکتروفوتومتر قرائت شدند. هم‌چنین شرایط مطالعه، توسط کد مونت‌کارلوی MCNPX شبیه‌سازی شدند. با مقایسه نتایج در حضور و عدم حضور نانوذرات، فاکتور افزایش دز به‌دست آمد. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که با استفاده از 125 ،500 و 1000 میکروگرم بر میلی‌لیتر از این نانوذرات می‌توان به‌ترتیب مقادیر 06/1، 10/1 و 12/1 از فاکتور افزایش دز را در میدان تابشی cm2 1 ×1، 07/1، 11/1 و 17/1 در میدان تابشی cm2 2×2 و مقادیر 09/1، 13/1 و 20/1 در میدان تابشی cm2 3×3 به‌دست آورد. نتایج اسپکتروفوتومتر نشان داد که استفاده از نانوذرات در غلظت‌های مطالعه شده به‌ترتیب مقادیر 42/1، 48/1 و 50/1 از فاکتور افزایش دز را در میدان تابشی cm2 1×1، مقادیر 46/1، 49/1 و 54/1 در میدان تابشی cm2 2×2، مقادیر 46/1، 52/1 و 58/1 در میدان تابشی cm2 3×3 سانتی‌مترمربع حاصل می‌شود. فاکتور افزایش دز با اندازه میدان افزایش می‌یابد. پدیده فوتوالکتریک برای فوتون‌های کم‌انرژی موجود در طیف پرتوی ایکس، پدیده تولید زوج و حتی پراکندگی کامپتون می‌توانند باعث ایجاد فاکتور افزایش دز در انرژی مگاولتاژ شوند.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of dose enhancement factor of Zink Oxide nanoparticles doped with Gadolinium irradiated by 6MV photon beams using PRESAGE dosimeter and Monte Carlo simulation

نویسنده [English]

  • Nooshin Banaee-Rezaeie
چکیده [English]

The aim of this study is to evaluate the effects of ZnO nanoparticles (NPs) doped with Gd on dose enhancement factor (DEF) by using the PRESAGE dosimeter and Monte Carlo simulation. Initially, the water equivalent PRESAGE dosimeter was fabricated and calibrated against some dose levels. Then ZnO NPs doped with Gd were synthesized. At next step, various concentrations of the prepared nanoparticles were incorporated into the PRESAGE composition and irradiated in small radiation fields by 6 MV photons. The dosimeters were then read-out by spectrophotometer. Then the mentioned processes were simulated by Monte Carlo code. By comparing the results in terms of the presence and lack of NPs, DEF was acquired. Simulation results showed that at mentioned condition, the DEF of about 1.06, 1.10, 1.12 for 1×1 cm2 field size, 1.07, 1.11, 1.17 for 2×2 cm2 and 1.09, 1.13 and 1.20 for 3×3 cm2 could be derived, respectively. Also spectrophotometer measurements showed that by incorporating 125, 500 and 1000 µg.ml-1 ZnO NPs doped with Gd into PRESAGE structure the dose enhancement factor of about 1.42, 1.48, 1.50 for 1×1 cm2 field size, 1.46, 1.49, 1.54 for 2×2 cm2 and 1.46, 1.52 and 1.58 for 3×3 cm2 could be found, respectively. The results of this study showed that dose enhancement factor increases by increasing field size. Various reasons may cause the DEF for megavoltage photon beams such as photoelectric effect for low energy photon beams in continues X-ray spectrum, pair production effect and even Compton scattering.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dose enhancement factor
  • Zinc Oxide NPs
  • Monte Carlo simulation
  • PRESAGE dosimeter

مراجع

[1] P. Mayles, A. Nahum and J.C. Rosenwald. Handbook of Radiotherapy Physics: Theory and Practice, Taylor & Francis Group, CSC Press (2007). [2] R. Baskar, K. Lee, R. Yeo and K Yeoh. Cancer and radiation therapy: current advances and future directions, Int. J. Med. Sci, Int J Med Sci. 9(2012) 193–199. [3] F.M. Khan and B.J. Gerbi. Treatment planning in radiation oncology, Lippincott Williams & Wilkins, (2005). [4] H. Townley, E. Rapa, G. Wakefield and P. Dobson. Nanoparticle augmented radiation treatment decreases cancer cell proliferation, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 8(2010) 526-36. [5] N.M. Franklin, N.J. Rogers, S. Apte, G.E. Batley, G.E. Gadd and P.S. Casey. Comparative toxicity of nanoparticulate ZnO, bulk ZnO, and ZnCl2 to a freshwater microalga (Pseudokirchneriella subcapitata): the importance of particle solubility, Environ Sci Technol, 41(2007) 8484-90. [6] A. Mills and S.K. Lee. A web-based overview of semiconductor photochemistry-based current commercial applications, Journal of Photochemistry and Photobiology, 152(2002) 233-247. [7] V. Sharma, D. Anderson and A. Dhawan. Zinc oxide nanoparticles induce oxidative DNA damage and ROS-triggered mitochondria mediated apoptosis in human liver cells (HepG2), Apoptosis, 17(2012) 852-70. [8] H.E. Townley, E. Rapa, G. Wakefield, P.J. Dobson. Nanoparticle augmented radiation treatment decreases cancer cell proliferation, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 8(2010) 526-36. [9] J. Adamovics and M.J. Maryanski. A new approach to radiochromic three-dimensional dosimetry-polyurethane, Third International Conference on Radiotherapy Gel Dosimetry, Journal of Physics, Conference Series,3(2004) 172-175. [10] S.L. Brady, W.E. Brown, C.G. Clift, S. Yoo and M. Oldham. Investigation into the feasibility of using PRESAGETM/optical-CT dosimetry for the verification of gating treatments, Phys. Med. Biol, 55(2010) 2187-201. [11] A. Mostaar, B. Hashemi, M.H. Zahmatkesh, S.M.R Aghamiri and S.R. Mahdavi. Construction and Development of a Chemical Dosimeter Based on the Radiochromic Solid Polymer and Evaluation of it is Response to High Energy Photons Used in Radiotherapy, J of Nuclear Sci and Tech, 2(2010) 23-29. [12] M.A. Behnajady, N. Modirshahla and E. Ghazalian. Synthesis of ZnO nanoparticles at different conditions: A comparison of photocatalytic activity, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 6(2011) 467- 474. [13] M. Abdel-Rahman, H. Ibrahim, M.Y.A. Mostafa, M.A. Abdel-Rahman, M.R. Ebied and E.A. Badawi. The characterization of ZnO nanoparticles by applying x-ray diffraction and different methods of peak profile analysis, Physica Scripta, 96(9) (2021) 095704. [14] M. Alqathami, A. Blencowe, G. Qiao, J. Adamovics and M. Geso. Optimizing the sensitivity and radiological properties of the PRESAGE dosimeter using metal compounds, Radiation Physics and Chemistry, 81(2012) 1688-1695. [15] J.A. Turner. Atoms, Radiation and Radiation Protection. 2nd ed. 
New York: John Wiley & Sons, Inc (1995). [16] S.H. Mousavie Anijdan, A. Shirazi, S.R. Mahdavi, A. Ezzati, B. Mofid, S. Khoei and M.A. Zarrinfard. Megavoltage dose enhancement of gold nanoparticles for different geometric set-ups: Measurements and Monte Carlo simulation, Iran. J. Radiat. Res, 10 (2012) 183-186.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار